场效应管放大电路

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上式中的符号表示V 上式中的符号表示V0与Vi反相,共源电路 反相, 属倒相电压放大电路。 属倒相电压放大电路。
(2)输入电阻 (2)输入电阻 Ri = rgs ||[Rg3+( Rg1+Rg2 )] 通常 故 rgs » [Rg3+(Rg1|| Rg2 )] Ri ≈ Rg3+ (Rg1|| Rg2 ) R 0≈ R d
讨论: 讨论: 根据特性曲线中, =0时 不等于0 根据特性曲线中,VGS=0时,iD不等于0, 而且, 可正可负, 而且,VGS可正可负,可以判断这个管子时耗 尽型绝缘栅场效应管;又根据VGS从负到正改 尽型绝缘栅场效应管;又根据V 变时, 相应地有小到大改变, 变时,iD 相应地有小到大改变,可见它是 N 沟道。夹断电压和饱和特性可直接从特性曲 沟道。 线上看出。 线上看出。
电路中跨接在电阻R 和源极S间的电容C 解:电路中跨接在电阻RG和源极S间的电容C 称为自举电容,该电容将输出信号V 称为自举电容,该电容将输出信号Vo馈送到栅 形成正反馈, 极 G,形成正反馈,从而提升了电路的输入电 阻 R i。 (1)不接电容 不接电容C (1)不接电容C时,输入电阻 Ri 的表达式可 直接由图所示电路写出: 直接由图所示电路写出: =51.1(MΩ Ri= RG+ RG1|| RG2=51.1(MΩ) (2)接有电容 (2)接有电容C时,为求输入电阻 Ri ,先画 接有电容C 微变等效电路如图所示,可得到: 出微变等效电路如图所示,可得到:
Rd Rg1
+ +
VDD
gm gs V
Id
+ +
Cb2 +
rd rgs Rd V o R
-
Cb1 Rg3 Rg2 R
Vo
-Leabharlann Baidu
Vi
-
Rg2 Rg1
Vi
-
小信号等效电路
(1)中频电压增益 (1)中频电压增益
Vi = Vgs + gmVgs R = Vgs (1+ gmR)
V0 = −gmVgs Rd gmRd A =− Vm 1+ gmR
(1)自偏压电路 (1)自偏压电路 如图所示, 如图所示,考虑到 耗尽型FET即使在V FET即使在 耗尽型FET即使在VGS=0 也有漏源电流流R 时,也有漏源电流流R, 而栅极是经电阻R 而栅极是经电阻Rg接地 的,所以在静态时栅源 之间将有负栅压:V 之间将有负栅压:VGS = -ΙD R。电容 C对 R起旁 路作用, 路作用,称为源极旁路 电容。 电容。
例: 一个场效应管的输 出特性如图所示, 出特性如图所示,试分 析: (1)它是属于何种类型的 (1)它是属于何种类型的 场效应管; 场效应管; (2)它的开启电压 它的开启电压V (2)它的开启电压VT ( 或 夹断电压V 夹断电压VP )大约是多 少? (3)它的饱和漏极电流 它的饱和漏极电流Ι (3)它的饱和漏极电流ΙDSS 是多少? 是多少?
例: (北京航空航天大学1999年研究生入学 (北京航空航天大学1999年研究生入学 北京航空航天大学1999 试题)如图中T 试题)如图中T 的 ΙDSS = 2mA, VGS(off) = - 3V, 试求: 试求: (1)栅源电压 (1)栅源电压VGS; 栅源电压V (2)漏极电流 (2)漏极电流ΙD; 漏极电流Ι (3)漏源电压 (3)漏源电压VDS; 漏源电压V (4)低频跨导 (4)低频跨导gm; 低频跨导g
例: 增强型MOS管和耗尽型MOS管的主要区别 增强型MOS管和耗尽型MOS MOS管和耗尽型MOS管的主要区别 是什么 ?增强型的场效应管能否用自给偏压的 方法的静态工作点? 方法的静态工作点?
管的导电沟道是在V 答:增强型 MOS 管的导电沟道是在VGS 增大 到开启电压V 才接通, 到开启电压VT 才接通,即有一定的栅源电压之 后,才有漏极电流Ιd;耗尽型 MOS管的导电沟道 才有漏极电流Ι MOS管的导电沟道 是在 VGS= 0时已经形成,极栅源电压为零时才 0时已经形成 时已经形成, 有较大漏极电流Ι 有较大漏极电流Ιd,其VGS值可正可负。 值可正可负。 增强型的场效应管不能用自给偏压的方法 获得静态工作点。 获得静态工作点。
例:(东南大学1998年研究生入学试题)某 :(东南大学1998年研究生入学试题 东南大学1998年研究生入学试题) 场效应管自举电路如图所示 已知V 场效应管自举电路如图所示,已知VDD=+20V, 如图所示, RG = 51MΩ, RG1 = 200kΩ, RG2 = 200kΩ, 51MΩ 200kΩ 200kΩ RS = 22kΩ, 场效应管的 gm = 1mA / V。 22kΩ V。 试计算: 试计算: (1)无自举电容 (1)无自举电容C时,电路的输入电阻Ri; 无自举电容C 电路的输入电阻R (2)有自举电容 (2)有自举电容C时,电路的输入电阻Ri。 有自举电容C 电路的输入电阻R
(3)输出电阻 (3)输出电阻
典型的共漏电路—源极输出器如图所示, 典型的共漏电路—源极输出器如图所示, 试求其中频电压增益A 输入电阻R 试求其中频电压增益Avm、输入电阻Ri 和输出 电阻R 电阻R0。 下图中的中频小信号等效电路如图所示。 解:下图中的中频小信号等效电路如图所示。
VDD
Rg1
18V V DD 30K
Rd
0.01uF +
4.7uF
Cb2
10M
+
Cb1
T
2K
47uF
Vi
-
Rg
Vo
-
R
C
(2)分压器式自偏压电路 (2)分压器式自偏压电路 这种偏压电路的特点 是适用于增强型管电路。 是适用于增强型管电路。
+ 0.01uF
18V V DD 2M 30K
Rg1 Cb1
Rd T
4.7uF
Cb2
10M 2K Rg3 47K 47uF
+
如图所示,静态时加在 如图所示, FET上的栅源电压为 FET上的栅源电压为 :
Vo
-
Vi
-
R
C
Rg2
VGS = VG −VS =
VDDRg 2 Rg1 + Rg 2
− ΙDR
4.3.2 应用小信号模型法分析FET放大电路 应用小信号模型法分析FET FET放大电路 如图所示的共源电路。图中rd通常在几 如图所示的共源电路。图中r 百千欧的数量级,一般负载电阻比rd小很多, 百千欧的数量级,一般负载电阻比r 小很多, 故可以认为其开路。 故可以认为其开路。
4.3
1.直流偏置电路 1.直流偏置电路
场效应管放大电路
4.3.1 FET的直流偏置电路及静态分析 FET的直流偏置电路及静态分析 FET是电压控制器件, FET是电压控制器件,因此它需要有合适 是电压控制器件 的栅极电压。通常有以下两种偏置方式: 的栅极电压。通常有以下两种偏置方式: a.自偏压电路; a.自偏压电路; 自偏压电路 b.分压器式自偏压电路。 b.分压器式自偏压电路。 分压器式自偏压电路
VGS Ι= RG Vi Ri = = RG + (1+ gmRG )(RG1 || RG2 || RG ) Ι 将已知的各参数值代入上式, 969MΩ 将已知的各参数值代入上式,得Ri= 969MΩ
讨论: 讨论: 本题的目的是练习用微变等效电路分析场 效应管放大器,同时了解在放大器中引入自举 效应管放大器, 电路的作用。本例计算表明, 电路的作用。本例计算表明,引入自举电容 C 使电路输入电阻明显提高了,这正是自举电路 使电路输入电阻明显提高了, 的功能所在。 的功能所在。
小结: 小结: 本题的目的在于估算场效应管放大器的 静态工作点。与三极管放大器相似, 静态工作点。与三极管放大器相似,求场效 应管放大器的工作点就是解它的直流通路。 应管放大器的工作点就是解它的直流通路。 运用估算法求Q点时, 运用估算法求Q点时,必须已知 ΙDSS及VP。有 时题中没有直接给出,这时可通过输出曲线 时题中没有直接给出, 间接求得。 间接求得。
RG1 C1
VDD
无自举电容时
Ui
RG
C RG2 RS
C2
UO
g
d
I Vi
RG1
RG RG2
gm GS U
s
有自举电容时
RS
VO
微变等效电路如图所示,可得到: 微变等效电路如图所示,可得到:
Vi =VGS + (1+ gmVGS )RG1 || RG2 || RS VGS = VGS ( + gmVGS )(RG1 || RG2 || RG3 ) RG
Id(mA) 8 6 4 2 0 4 8 12 16 1v Vgs=0v -1v -2v 4
解:由场效应管输出特性可看出, 由场效应管输出特性可看出, (1)VGS在正负电压一定范围内变化时,有 ΙD 在正负电压一定范围内变化时, 输出,所以视觉源栅N沟道耗尽型场效应管。 输出,所以视觉源栅N沟道耗尽型场效应管。 (2) VGS=-3V时, ΙD=0, 所以VP= -3V。 3V时 所以V 3V。 (3) ΙDSS≈6mA。 ≈6mA。
VGS 2 ΙD = ΙDSS (1− ) VP
将已知条件代入,可得: 将已知条件代入,可得:
2 ΙD = mA 9
(3) VDS可通过列出输出回路方程求得: 可通过列出输出回路方程求得:
2 VDS = VDD − ΙDRD =12 −10× = 9.8V 9 VGS 1− VP 4 (4)gm = 2ΙDSS = ms VP 9
答案:(电压),(电流)。 电流) 答案: 电压) 例: (北京交通大学1997年研究生入学试题) (北京交通大学1997年研究生入学试题 北京交通大学1997年研究生入学试题) 在放大电路中,场效应管工作在( 在放大电路中,场效应管工作在( 答案: 饱和区或恒流区) 答案:(饱和区或恒流区)。 )区 ) 区。
+
+
Cb1 Rg3 Rg2
T
+
RS
Cb2
+
Rg3 Rg2
Vgs
_ +
gm gs V R V RL o Ro
RS
+
V i
+
R
V RL o
VS Ri
Rg1
VS
(a)
(b)
(1)中频电压增益 (1)中频电压增益 由上图知: 由上图知:
V0 = gmVgs (R || RL ) Vgs =Vi −V0 V0 = gm (Vi −V0 )(R || RL )
V0 gm (R || RL ) A = = Vm Vi 1+ gm (R || RL )
可见,当 gm(R||RL)»1时,Avm≈1,共漏极 ≈1,共漏极 可见, 电路属电压跟随器。和射极输出器的A 相比, 电路属电压跟随器。和射极输出器的Av 相比, 可知FET 可知FET的gm相当于BJT的 FET的 相当于BJT BJT的
Vgs = −VT
VT ΙT = ΙR − gmVgs = − gmVgs R
1 ΙT =VT ( + gm ) R VT 1 1 = R || R0 = = 1 ΙT gm + gm R
例题: 例题: (南京航空航天大学2000年研究生入学 南京航空航天大学2000 例: (南京航空航天大学2000年研究生入学 试题)场效应管是( 试题)场效应管是( 性三极管是( 性三极管是( )控制元件, )控制元件,而双极 控制元件 )控制元件。 )控制元件。 控制元件
例: 某放大电路如图所示,已知RS= 20Ω , 某放大电路如图所示,已知R 20Ω =2kΩ 22kΩ =10kΩ 3kΩ Re=2kΩ ,Rb1= 22kΩ ,Rb2 =10kΩ ,RC= 3kΩ , 27kΩ 三极管的V RL= 27kΩ, VCC = 10V, 三极管的VBE = 0.7V , β= 50, rbb′= 100Ω, 试计算:(1)静态工作 bb′ 100Ω 试计算:(1)静态工作 Q(Ι );(2)输入电阻 输出电阻R 输入电阻R 点Q(ΙBQ,ΙCQ,VCEQ);(2)输入电阻Ri,输出电阻Ro; (3)电压放大倍数 电压放大倍数A (3)电压放大倍数AV,AVS。
1+ β β ≈ rbe rbe
(2)输出电压 (2)输出电压 Ri≈Rg3+(Rg1||Rg2)
(3)输出电阻 (3)输出电阻 =0,保留其内阻R 开路, 令Vs=0,保留其内阻Rs,将RL开路,在输 出端加一测试电压V 出端加一测试电压VT,由此可画出求共漏极电 的电路,如下图所示。 路输出电阻 R0的电路,如下图所示。由图有
解:(1)由电路图可知: (1)由电路图可知: 由电路图可知
R2 VGS = − VCC R1 + R2
5V
300K
T
200K
10K
R1
RD
12V
Vcc
R2
VDD
= −2V
(2)场效应管为 沟道耗尽型, (2)场效应管为N沟道耗尽型,其转移特性曲 场效应管为N 线可用近似公式表示为: 线可用近似公式表示为:
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